一种通过获得α/β界面相提高增材制造TC4钛合金构件塑性的方法技术

本发明专利技术提供了一种通过获得α/β界面相显著提高增材TC4钛合金构件塑性的方法。该方法包括以下步骤：控制电弧增材环境和工艺参数，使用TC4焊丝，采用TIG电弧焊机和焊接机器人，在真空充氩舱室内电弧增材获得钛合金构件：电弧增材钛合金构件中控制真空充氩舱氧气含量400

【技术实现步骤摘要】
时，开始电弧增材；
[0010]第四步，使用TIG电弧焊接机器人，通过TIG电弧将TC4焊丝熔化在钛合金基板上进行增材制造；在电弧增材过程中其中焊接电流140
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150A，送丝速度800
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900mm/min，焊接速度120
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130(mm/min)，层间温度100
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150℃，每层垂直交叉增材，同时控制舱室内氧含量在400
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500ppm，电弧增材出具有α/β界面相结构的TC4钛合金构件。
[0011]优选的，第一步中TC4焊丝直径为1.2mm。
[0012]优选的，第二步中使用增材精度0.05mm的ABB六轴焊接机器人，红外测温器与焊接机器人控制系统相连，增材过程中可实时监测焊接熔池及焊道温度；
[0013]优选的，通过以下步骤控制真空舱室内氧气含量在400
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500ppm。实现步骤为：
[0014]关闭真空充氩舱室舱.门，启动舱室抽真空装置，抽到500pa点击停止抽真空，
[0015]打开氩气进气口，充入纯度为99.99的氩气，当舱室内的氧气含量低于1000ppm时，关闭氩气进气口，停止充氩气；
[0016]打开舱室内氩气循环系统，通过循环系统中含有CuO的空气净化装置，循环净化氩气，舱室内的氧气含量降至500ppm，使舱室内氧气含量稳定在400
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500ppm。
[0017]优选的，第四步中通过控制增材工艺参数控制热输入维持在5200
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5600J/cm，焊缝宽度8mm，层与层间搭接量为4mm，每层垂直交叉增材，即n+1层垂直于n层，依次类推；
[0018]优选的，第四步中，层间温度控制在150℃，温度测量有红外测温器进行监测，每层焊接完，温度下降到150℃时，测温仪反馈给焊接机器人控制系统进行下一层增材；
[0019]通过控制舱室内氧气含量稳定在400
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500ppm，使得增材后TC4钛合金构件氧元素含量为0.2
±
0.01％，氧元素在α/β界面相富集以降低α与β相界面能。
[0020]优选的，第二步中使用的为TC4钛合金基板或者TA1纯钛基板。
[0021]本专利技术相对于现有技术相比具有显著优点为：
[0022]本专利技术直接通过控制增材热输入、增材工艺参数和增材环境，获得具有α/β界面的 TC4钛合金构件，可显著提高增材TC4钛合金构件的塑性，同时具有易操作，无需后处理显著降低成本的优点。增材过程中通过调节工艺参数控制热输入维持在 5200
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5600J/cm，控制增材环境氧含量维持在400
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500ppm，使得电弧增材后TC4构件中固溶的氧元素含量为0.2
±
0.01％，氧元素在界面α/β界面处富集，从而降低形成的α相与β相组织的界面能，形成α/β界面相结构。通过本专利技术电弧增材的TC4构件具有α/β界面相，在拉伸过程中，形成的α/β界面相产生大量的孪晶，孪晶的产生将会有效的降低局部塞集应力，通过α/β界面相产生的大量孪生诱发塑性效应，在拉伸试验中具有α/β界面相结构的TC4钛合金构件与没有α/β界面相的TC4钛合金构件相比，其强度相当，断后延伸率大大提高，沿着沉积方向Z方向断后延伸率提高1.8倍，平行于沉积方向X 方向断后延伸率1.7倍。
附图说明
[0023]图1a为本专利技术实例中采用TIG电弧增材具有α/β界面相TC4钛合金构件的TEM 暗场像显微组织图，左图为暗场像组织图片，右图为明场像放大及衍射斑点图片。
[0024]图1b为本专利技术实例中采用TIG电弧增材具有α/β界面相TC4钛合金构件的TEM 明场像显微组织图。
[0025]图1c为本专利技术实例中采用TIG电弧增材没有α/β界面相TC4钛合金构件的TEM 明暗
场显微组织图，左图为暗场像图片，右图为明场像及衍射斑点图片。
[0026]图2为本专利技术实例中采用TIG电弧增材TC4钛合金中α/β界面相处Ti、Al、V、 O元素分布特征的HAADF及EDS面扫描结果图。
[0027]图3为本专利技术实例中采用TIG电弧增材TC4钛合金构件工程应力应变曲线图。
具体实施方式
[0028]下面具体实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术的解释而不是限定。
[0029]本专利技术是在通过调节TC4电弧增材环境和工艺参数降低TC4中α与β相界面能以形成α/β界面相，显著提高增材TC4构件的塑性，提供了一种电弧增材制造TC4合金增韧方法。
[0030]实施例1
[0031]本专利技术中TC4钛合金是这样实现的：在真空充氩舱室内，控制氧气含量在 400
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500ppm，使用TIG电弧作为热源，使用焊接机器人，将TC4(wt％O<0.0.08％；) 丝材在TC4钛合金基板或TA1基板上熔化逐层沉积，通过控制增材热输入、增材工艺参数和增材环境，调节增材工艺参数控制热输入维持在5200
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5600J/cm，控制增材环境氧含量维持在400
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500ppm，使得电弧增材后TC4构件中固溶的氧元素含量为0.2
±
0.01％，从而降低形成的α相与β相组织的界面能形成α/β界面相结构，从而制备出具有α/β界面相的TC4构件。增材TC4钛合金构件的方法，主要设备包括：
[0032](1)真空充氩舱，控制增材舱室内的氧含量，防止电弧增材过程中构件高温氧化；
[0033](2)TIG电弧焊机及送丝系统，稳定连续熔化TC4焊丝；
[0034](3)六轴焊接机器人，按照增材路径完成TC4钛合金构件层层沉积；
[0035](4)钛合金基板，作为增材底部基板；
[0036](5)焊接工装平台，放置固定钛合金基板；
[0037](6)红外测温系统，控制层间温度；
[0038]该方法包括下列步骤：
[0039]第一步，采用TC4焊丝氧元素含量为0.08％的作为电弧增材原材料，置于送丝机上；
[0040]第二步，将TIG电弧增材平台及钛合金基板置于真空充氩舱室内，将钛合金基板固定在工装平台上；增材平台主要包括焊接机器人、TIG电弧焊机、焊接工装平台、红外测温器；其中ABB六轴焊接机器人增材精度为0.05mm，红外测温器与焊接机器人控制系统相连，增材过程中可实时监测焊接熔池及焊道温度；
[0041]第三步，调节真空充氩舱室内氧气含量稳定在400
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500ppm时，首先关闭真空充氩舱室舱门，启动舱室抽真空装置，抽到500pa点击停止抽真空，然后打开氩气进气口，充入纯度为99.99的氩气，当舱室内的氧气含量低于1000ppm时，关闭氩气进气口，停止充氩气，再打开舱室内氩气循环系统，通过循环系统中含有CuO的空气净化装置，循环净化氩气，舱室内的氧气含量降至500ppm，通过氧含量测试分析仪反馈实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过获得α/β界面相显著提高增材TC4构件塑性的方法，其特征在于，包括以下步骤:第一步，采用氧元素含量为0.08％的TC4焊丝作为电弧增材原材料；第二步，将TIG电弧增材平台及钛合金基板置于真空充氩舱室内，将钛合金基板固定在工装平台上；增材平台主要包括焊接机器人、TIG电弧焊机、焊接工装平台、红外测温器；第三步，调节真空充氩舱室内氧气含量，当真空舱室内氧含量稳定在400
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500ppm时，开始电弧增材；第四步，使用TIG电弧焊接机器人，通过TIG电弧将TC4焊丝熔化在钛合金基板上进行增材制造；在电弧增材过程中其中焊接电流140
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150A，送丝速度800
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900mm/min，焊接速度120
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130mm/min，层间温度100
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150℃，每层垂直交叉增材，同时控制舱室内氧含量在400
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500ppm，电弧增材出具有α/β界面相结构的TC4构件。2.根据权利要求1所述的一种通过获得α/β界面相显著提高增材TC4构件塑性的方法，其特征在于，第一步中，TC4焊丝直径为1.2mm。3.根据权利要求1所述的一种通过获得α/β界面相显著提高增材TC4构件塑性的方法，其特征在于，第二步中，使用增材精度0.05mm的ABB六轴焊接机器人，红外测温器与焊接机器人控制系统相连，增材过程中可实时监测焊接熔池及焊道温度。4.根据权利要求1所述的一种通过获得α/β界面相显著提高增材TC4构件塑性的方法，其特征在于，第三步中，控制真空舱室内氧气含量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振文，王克鸿，彭勇，贺申，程晶晶，章天杨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：